Detail předmětu
Návrh kyberfyzikálních systémů (v angličtině)
FIT-CPSaAk. rok: 2020/2021
Kyberneticko-fyzikální systémy (CPS) kombinují kybernetické schopnosti (výpočty a/nebo komunikaci) s fyzikálními schopnostmi (pohybem nebo jinými fyzikálními procesy). Aplikace takových systémů pokrývá automobilní systémy, systémy řízení letu, obranné systémy, řízení kritických infrastruktur (elektrická energie, vodní zdroje, komunikační systémy), správu a uchování energií, řízení a bezpečnost v dopravě, komunikační systémy, robotiku a distribuovanou robotiku (telemedicína), technologie ve zdravotnictví, systémy pro asistované žití, spotřební elektroniku, hračky a mnohá další takzvaná chytrá zařízení. Tato zařízení interagují ve fyzickém prostoru způsobem, který je určen řídicími počítačovými algoritmy. Návrh algoritmů řízení CPS je vzhledem k jejich těsnému provázání s fyzickým chováním systémů náročnou disciplínou. Důležitou součástí návrhu je správnost samotných řídicích algoritmů, protože na jejich funkci závisí provedení kritických úkolů jako například zabránění kolizí letounů či aut v automatickém, případně autonomním režimu. Cílem kurzu je najít odpověď na společenskou otázku, jak zodpovědně vytvořit kyberneticko-fyzikální systémy, na jejichž bezchybné funkci závisí lidské životy.
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Nabízen zahradničním studentům
Všech fakult
Výsledky učení předmětu
Úspěšný absolvent kurzu získá vědomosti o základních principech CPS a znalosti z návrhu a analýzy výpočetních systémů, které jsou integrovány ve fyzikálním (reálném) procesu. Získané vědomosti umožní kvalifikovaný náhled na abstrakci a systémovou architekturu a zárověn podpoří zvládnutí návrhu modelů a řídicích systémů, při současném využití adekvátních bezpečnostních specifikací pro dosažení kritických vlastností CPS. Získané vědomosti a dovednosti podpoří verifikaci CPS modelů vhodné úrovně při zohlednění předpokládaných účinků okolí na jejich funkci.
Doporučená nebo povinná literatura
Sang C. Suh, U. John Tanik, et al.: Applied Cyber-Physical Systems, Springer, 2013, ISBN-10: 1461473357.
Danda B. Rawat, Joel J.P.C. Rodrigues, Ivan Stojmenovic: Cyber-Physical Systems: From Theory to Practice, CRC Press, 2015, ISBN 9781482263329.
Rajeev Alur: Principles of Cyber-Physical Systems, The MIT Press, 2015, ISBN-10: 0262029111.
Způsob a kritéria hodnocení
- Půlsemestrální písemka za 20b.
- Vypracování projektu.
Jazyk výuky
angličtina
Cíl
Cílem předmětu je porozumění návrhu a analýzy kyberneticko-fyzikálních systémů, které integrují počítačové systémy ve fyzikálních procesech. Zároveň zodpoví otázku jak sestavit vysoce bezpečné systémy pracující souběžně v reálném čase. Součástí je také vytváření a programování řídicích systémů v laboratorních podmínkách.
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program IT-MGR-2 magisterský navazující
obor MGMe , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
- Program MITAI magisterský navazující
specializace NBIO , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NISD , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NISY , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NIDE , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NCPS , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný
specializace NSEC , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NMAT , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NGRI , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NNET , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NVIZ , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NSEN , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NMAL , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NHPC , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NVER , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NEMB , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NADE , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný
specializace NSPE , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, volitelný - Program IT-MGR-1H magisterský navazující
obor MGH , libovolný ročník, letní semestr, 5 kreditů, doporučený
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
- Úvod do kyberneticko-fyzikálních systémů.
- Identifikace systémů a odhad parametrů modelů.
- Modely fyzikálních systémů.
- Simulace fyzikálních systémů a úvod do modelů kybernetických systémů.
- Svázané modely kyberneticko-fyzikálních systémů.
- Stabilita a základy řízení.
- Analýza a řízení systémů ve spojitém čase.
- Analýza a řízení systémů v diskrétním čase.
- Robustní řízení.
- Strategie řízení dronů.
- Autonomie bezpilotních systémů.
- Analýza rizik vysoce integrovaných systémů.
- Verifikace a testování.
Laboratorní cvičení
13 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
- Úvod do Matlab/Simulink a simulace dynamických systémů.
- Identifikace systému, odhad parametrů modelů.
- Simulace a analýza stability fyzikálních modelů.
- Návrh algoritmů řízení CPS.
- Implementace řídicích algoritmů do simulačního prostředí.
- Testování a verifikace systémů.
Projekt
13 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
- Student samostatně navrhne CPS.
- Student provede analýzu vybraného CPS.
- Student navrhne a vytvoří řídicí systém CPS.